铝灰（渣）如何处理与利用？
众所周知，铝灰是电解铝、铸铝、再生铝等冶金熔炼过程中浮在铝液上层的浮渣、浮渣，包括炒灰、球磨等后续处理工序后剩下的残渣，特别是最后的残渣，完全就是铝灰。铝灰（渣）主要由金属铝和非金属氧化物组成，其中氧化铝通常占60%以上，其他氧化物还有氧化硅、氧化镁、氧化钠、氧化铁、氧化钙、氮化铝等。光是这个词就涵盖了铝灰，比上面的元素还多，也就是说铝灰的成分很复杂。其实每个企业产生的铝灰都是不一样的。今天绿脉博士就给大家一一解答一下铝灰从何而来、是什么、如何处理、需要注意什么、有什么相关政策等等，希望能给大家启发，尽快解决大家的问题。
1、铝灰是从哪里来的？
铝灰是电解铝或铸铝生产过程中产生的冷却渣产物，其主要成分为15%~20%的铝金属w（Al）、氧化铝及二氧化硅等。不同来源的铝灰成分会有所不同，根据金属原料来源可分为以下四类。
1.电解铝灰：以液态电解铝水为原料，采用短流程冶炼工艺生产的铝锭、铝棒、铝板带、铝杆等锭坯在冶炼过程中产生的固体废物。
2、铸铝灰：以铝锭为原料重熔，经过冶炼工艺生产出铝锭、铝棒、铝板带、铝杆等锭坯，在冶炼过程中产生的固体废物。
3、再生铝灰：是以再生铝制品、混合铝片、加工铝屑等为原料，生产铝锭、铝棒、铝板带、铝杆等锭坯、冶炼过程中产生的固体废物。
4、其他：一切铝工业生产中都会产生的以金属铝和氧化铝为主要成分的固体废物，如电解铝包清洁物、冶炼炉清洁物、冶炼炉烟气净化集尘粉等。
通常，行业内根据铝灰的生产加工流程，将铝灰分为原生铝灰、二次铝灰和残灰。刚从熔铝炉里挑出来的铝灰，通常被称为原生铝灰或者铝渣，铝含量高达60%以上，且基本处于高温状态，很多情况下直接被转入烧灰机，其中所含的金属铝直接分离出来，从铝焙烧坩埚底部流出成为铝锭。烧灰过程中会加入一定的熔剂，以提高温度，促进铝液和铝灰的分离，加入的熔剂大多是氟化物和氯化钙、氯化镁、氯化钠等低熔点物质，这导致铝灰的成分更加复杂，而在这个烧灰环节中得到的上层铝灰，通常被称为“二次铝灰”。 随后，焙烧后的铝灰再次进入球磨机，利用铝的延展性使金属铝变形，而氧化铝等无机物质在球磨机的研磨作用下变得越来越细。然后可以通过筛选将金属铝分离出来，最后筛下的细粉就成了最终的残灰。也就是俗称的废铝灰。
2、什么是铝灰？
铝灰是电解铝、铸铝、再生铝等冶金熔炼过程中浮在铝液表面的浮渣、浮渣，包括炒灰、球磨等后续处理工序后剩下的残渣，特别是最后的残渣，即完整的铝灰。
铝液在高温下熔化时，金属铝非常活泼，与空气中的氧、氮、水发生反应，生成氧化铝、氮化铝、氢氧化铝等物质。由于铝液多用于生产铝合金，最后还要加入各种其他金属，如镁、硅、铁、铜、锌等，发生更为复杂的反应。因此，铝灰中还含有镁铝尖晶石、刚玉等。
铝灰成分的复杂性可见一斑，想要处理好，没有清楚的了解应该是很难做好的。不管你是铝灰生产商、铝灰采购商、铝灰加工商、铝灰使用者、铝灰管理部门、分析检测机构，甚至是投资者，对铝灰以及相应的政策了解得越多越好。接下来我们从四个方面来谈谈铝灰的复杂性。
首先来自于原料与辅料的区别：
1、铝合金牌号：按铝合金的加工方法可分为变形铝合金和铸造铝合金，铝及铝合金的编号主要分为八大系列。1000系列（99%以上纯铝系列如1050、1100）、2000系列（铝铜合金系列如2014）、3000系列（铝锰合金系列如3003）、4000系列（铝硅合金系列如4032）、5000系列（铝镁合金系列如5052）、6000系列（铝镁硅合金系列如6061、6063）、7000系列（铝锌合金系列如7001）、8000系列（1-7系以外的合金体系）。 不难看出，1-8系铝合金富含镁、锌、碱金属（Li、Na、K）等易燃烧元素。
2、电解铝水原料：电解液是在原铝提取过程中带出的，该类铝灰中氟化物含量为2-8%。
3、回收铝原料：有些废铝中含有耐高温涂层，在炉内冶炼的有机物未完全分解而残留在铝灰中。
4、铸造辅助材料：合金添加剂及一些含氟的精炼剂，最后流入铝灰中。
5、燃料：在火焰炉冶炼过程中，部分碳元素与铝发生反应，生成碳化铝，遇湿分解为甲烷。
其次，生产工艺上的区别：
在铝加工过程中，各个企业的生产水平和生产工艺不同，导致铝水及铝合金液与空气的接触时间不同，产生的氮化铝和氧化铝也不同。在翻滚过程中时间越长，与空气接触的时间越多，与空气接触的时间越长，产生的氮化铝就越多。一次翻滚过程中产生的氮化铝和氧化铝是不一样的。。。。而且金属镁和硅的含量不同，成分也会不同，处理铝灰所需的工艺技术有很大的不同。
例如生产5系合金时，有时为了减少镁的烧损而加入覆盖剂，这导致铝灰中含盐量增加。国外炒灰时，通常加入大量食盐进行覆盖，因此二次铝灰又称为“盐饼”。使用燃气反射炉时，部分未燃尽的CH4与铝反应生成Al4C3，使铝灰潮解时释放出甲烷气体。电加热炉生产的铝灰，Al4C3含量较低。4Al+6CO2→Al4C3+3CO
采用透气砖+活性气体，可使炉内维持低氮气氛，降低铝液与氮的反应，减少氮化铝的生成。Al+N2→2AlN
熔化温度或出炉后铝灰温度过高，造成耐火相大量生成。
γ-Al2O3→α-Al2O3（刚玉相）
Mg+Al+O2→(尖晶石相)
4Al+6CO2→Al4C3+3CO
此外，精炼剂的复杂性和多样性
为了达到铝液的纯度（氧化物、氢含量、结晶度等）和流动性的要求，需要加入各种精炼剂。但由于精炼剂生产厂家不同、用户所用原料不同、所生产的铝合金产品不同，精炼剂本身（氟含量、氯含量、钠、镁、钙、钾等）也有很大的差别：
铝熔体中含有各种杂质，主要有三类杂质：
第一类是气态杂质，主要是铝熔体吸收空气中的水分转化成的氢气，以及一氧化碳或二氧化碳气体。
第2类为固体颗粒物，例如氧化铝、氧化镁、碳颗粒、碳化铝、氟化钙等。
第三类为液态杂质，以液态形式存在于铝熔体中，例如氯化镁、氯化钠、氯化钾等。
这些杂质的存在影响着铝制品的性能，因此人类一直想方设法的从铝熔体中除去杂质。人类发明了许多精炼剂，精炼剂的成分也越来越复杂，用常规的化学方法分析成分已经越来越不现实。有时用化学方法分析时，不同的离子会相互干扰，导致分析结果不准确。现在用X射线衍射仪对不同的精炼剂相进行分析。分析结果如下：
从上面列出的几张分析数据表中不难看出，精炼剂的成分复杂多样，这些精炼剂最终进入铝灰中并残留，造成铝灰成分波动较大。
其次，铝灰管理问题
企业管理和政府管理是造成铝灰难处理的因素之一，一家企业可能生产多种性质的铝，如果将不同牌号的热铝灰一起焙烧，将冷铝灰一起球磨，残灰成分波动较大，还可能因量少而混入，导致成分多种多样，增加了处理的难度。
各地政府环保部门对铝灰的定义和认定也存在一些差异。我国有些地方将铝灰定义为危险废物，有些地方则不定义；有些地方将电解铝作为危险废物处理，将铝型材加工产生的废渣作为一般固体废物处理。目前，甘肃、四川、内蒙古、新疆等地已将铝灰全部定义为危险废物，而其他地方还在执行一些有关危险废物的规定。因此，铝灰的管理也是导致铝灰处置困难的一个因素。
3、铝灰的危害
1.环境污染
铝加工在球磨、筛分过程中，扬尘较大，粉尘污染严重，造成厂区大气中颗粒物（PM10、PM2.5）污染。
2、氮化铝+水废渣随意堆放，与水接触后缓慢释放出氨气和氢气，造成空气污染，甚至可能引起火灾爆炸。
3、土壤、地下水废灰与空气中的水接触后会产生氨气，造成严重的环境污染；铝灰与水接触后呈碱性，会破坏土壤的酸碱度。铝灰中大量的氟会对地下水造成严重的污染，人畜饮用后对身体造成严重的影响。氟与人体骨骼的主要成分钙发生反应，破坏骨骼的含钙量，造成缺钙、骨质疏松、牙齿脱落等。
再生铝灰成分十分复杂，金属铝（3-9wt.%）是焙烧后混入灰烬中的微小铝颗粒，考虑到回收成本，通过化学或物理方法难以实现进一步的资源回收。经测定，工业再生铝灰中含有3-9wt.%金属铝颗粒，40-70wt.%氧化铝，10-20wt.%NaCl、KCl等可溶性盐，5-10wt.%SiO2、MgO等氧化物，3-6wt.%NaF、CaF2等氟化物以及一定量的AlN、Al4C3等，还可能含有少量的重金属、硫化物等。其中，金属铝颗粒、AlN、Al4C3等物质活性很强，与水或在潮湿空气中接触会产生可燃有毒气体，对环境具有极大的危害性； 含氟化合物及少量重金属具有浸出性，有毒，对水体和空气造成严重污染；可溶性盐类易进入河流，造成环境污染；因此铝灰很难通过传统的填埋方式处理。
铝灰如何实现无害化处理？通过了解铝灰的成分及其有害元素氨、氮、氟、盐，可以确定，要想做好铝灰的无害化处理，必须从铝灰的源头入手，首先要将不同种类的铝灰分开存放，然后通过核心技术将铝灰中的有害元素分离，对有害的氟化盐进行固化回收，达到无害化的目的。
4.铝灰无害
1.无害化处置
危险特性研究结果表明，铝灰具有明显的危险特性，尤其是二次铝灰。二次铝灰与水反应释放出的氨气量较大，氨气是一种刺激性气体，在空气中浓度较高时会对人体造成损害，甚至导致死亡。氨气的释放对生态环境和生命健康都有一定的危害。二次铝灰中所含的毒性物质主要有氟化物、氯化物等。毒性浸出实验表明，二次铝灰中氟化物、氯化物的毒性浸出浓度较高，超过标准限值，具有浸出毒性。另外，二次铝灰具有明显的化学反应性和有毒有害物质浸出毒性等危险特性。铝灰因此被列入《国家危险废物名录》，对二次铝灰进行无害化处置势在必行。
2、铝灰的无害化处理方法
众所周知的铝灰无害化处理方法是将铝灰渣浸泡在水中，使其中的氮化铝与水反应生成氢氧化铝和氨，氨溶于水或逸出，过滤后得到脱氮滤饼。绿脉的铝灰无害化处理方法是先进行湿法脱氨，使其中的氮化铝与水反应生成氢氧化铝和氨，通过该工艺对氨进行有效控制和回收利用，减少了对大气环境的二次污染。氮化铝得到了分解，使处理后的铝灰中的氮化铝含量明显降低，有效降低了水解过程中氢氧化铝与空气反应引起的爆炸危险性。在铝灰水解工艺中加入了氨法技术，使铝灰中的氟、氯元素得到有效分离。 污泥经过水解脱氨、氟固化工艺后，再经过压滤机过滤，得到脱氮滤饼，真正实现了铝灰的无害化，不仅满足了环保的需要，也满足了企业可持续发展的需要。
铝灰的无害化处理主要是除氨、固氟：不同元素成分的铝灰需要不同的技术处理。绿脉提出了铝灰的诸多特点，意味着对铝灰的研究非常深入。只有了解了铝灰，才能更好地处理铝灰。绿脉“富安法”+绿脉专利催化剂，快速彻底释放氨，氨回收率达98%以上。采用分离沉淀固化技术，对有害氟盐进行固化回收，达到无害化的目的。
5.铝灰的价值
铝灰的潜在价值体现在其所蕴含的铝金属、氧化铝、电解质、热能及合理的资源利用上。按我国每年排放量200万吨计算，铝灰中含有50%的铝金属、30%的氧化铝、10%的电解质、4000大卡热能、50%的碳在阴极炭块中、30%的电解质、70%的电解质、30%的碳在阳极炭渣中，按目前铝金属12000元/吨、氧化铝2400元/吨、氟化盐6000元/吨、煤炭500元/吨的价格计算，铝灰的潜在价值约为130亿元。
铝灰可作为水泥、陶瓷、氢氧化铝、脱氧剂、铝酸钙粉、速凝剂、耐火材料、聚合氯化铝、阻燃电缆填料、泡沫保温砖、普通建筑砖、人造石砖等原料。铝灰的用途非常多，其产生的价值自然也是无限的。目前公司已开发生产了以下产品：
1、氢氧化铝原料：铝灰经盐洗、脱氨后，在常压下用高浓度烧碱溶解，使铝灰中的氮化铝及残留金属铝全部溶解，氧化铝部分溶解（或用烧结法使其全部溶解）。得到的铝酸钠溶液，用种子分解法制备氢氧化铝。
2、将无机人造石或陶瓷原料、石英及添加剂加入铝灰中，采用真空振动加压或成型技术，不经高温烧成而直接压制成石材，避免了传统陶瓷高温烧成必然带来的高能耗问题，从而也避免了燃料消耗带来的温室气体排放。
3、聚合氯化铝（PAC）以铝灰和盐酸为原料，采用酸溶解法制备液体聚合氯化铝。将无害的铝灰加入反应器中的盐酸溶液并加热到一定温度，加入铝灰并不断搅拌，反应结束后加水稀释，控制pH值在3.5～4.5，静置15～24h，得到液体PAC，继续喷雾干燥，得到固体PAC。
4、硅酸铝耐火纤维。将铝灰放入熔化温度约2000-2200℃的高温电弧炉中，经高温熔融、高压高速空气或蒸汽喷吹、冷却后，就成为洁白的“棉花”——硅酸铝耐火纤维。可压制成纤维毯、板或织成布，代替冶炼、化工、玻璃等行业高温窑炉内衬使用的耐火砖。消防员可用耐火纤维布做衣服。
5.耐火填料
铝灰在耐火材料中的应用：
5.1 作为防爆剂
能提高不定形耐火材料炉衬的透气性，防止炉衬在烘烤时因蒸气压过高而炸裂的物质称为防爆剂，又称快干剂（能快速烘烤的添加剂）。不定形耐火材料的防爆剂包括活性金属铝粉。铝粉与H?O反应生成Al(OH)?并放出H?，在浇注料凝固前，H?从浇注料中逸出，形成毛细孔，从而提高其排气性能。王利旺[1]用铝灰代替铝粉作为铁沟浇注料的防爆剂。 铝灰的化学成分为：Al31.63%、Al?O?18.15%、AlN9.25%、MgO6.16%、SiO?12.21%、Fe?O?7.27%、CaO2.23%、Na?O2.15%、K?O1.03%、TiO?2.04%、Cr?O?0.58%、其它7.33%。其中的Al和AlN能水化并释放气体。试验表明，在铁沟浇注料中加入4%W（铝灰）能起到很好的防爆作用。铝灰加入量过多，会引起鼓包、开裂。铝灰还能促使铁沟料硬化，缩短施工时间。
5.2 加入高炉出铁口泥中
黄朝晖等人发明了在高炉出铁口泥中加入0.4%～40%铝灰代替铝、硅原料的方法。其它原料有：工业级刚玉、碳化硅、中温沥青颗粒粉、苏州土细粉、焦粉等，以焦油、改性沥青、酚醛树脂为粘结剂，混合搅拌均匀，经真空捏泥机挤出，即得出铁口泥。其性能稳定，既能满足生产要求，又能降低生产成本。
5.3 替代煅烧铝土矿
有人研究在浇注料、预制件和耐火粘土制品中添加铝灰来代替煅烧铝土矿，铝灰不需煅烧，可直接作为原料使用，使用量大约为5%。
5.4 利用铝灰制备耐火材料
众所周知，原料是耐火材料的基础，只有优质的耐火原料才能生产出好的产品。对耐火原料的基本要求是耐火性能，即耐火度在1580℃以上的原料才可以作为耐火原料。铝灰中除了Al?O?外，还含有很多杂质，耐火性能较低，所以铝灰不能直接用来配制耐火材料，需要经过进一步加工，除去杂质，提高Al?O?含量，才可以考虑用作耐火材料。下图是用作电缆耐火填料的铝灰
6. 镁铝尖晶石的制备
镁铝尖晶石是一种重要的耐火原料，以镁铝尖晶石为颗粒，以镁砂为细粉，配以刚玉制成钢包浇注料。李晓娜以铝灰、铝矾土、电熔镁砂为原料，铁屑为沉淀剂，焦炭为还原剂，采用高温电熔法合成富铝镁铝尖晶石。
结论：
从原生铝灰中回收铝的工艺技术已逐渐成熟并投入工业生产，但对提取铝后的铝灰渣，特别是二次铝灰的回收或综合利用尚处于研究阶段。国内外学者对回收氧化铝的工艺技术进行了大量深入研究，成功地通过水解、酸浸、碱浸、碱熔炼、射频等离子体等方法从铝灰渣中回收氧化铝，生产出聚合氯化铝、硫酸铝和电熔棕刚玉，并与其它物质合成镁铝尖晶石、材料、TiN-Al?O?复合材料。这为耐火材料的可持续性提供了前提条件，今后应将研究成果转化为企业生产。建议铝生产部门与生产耐火材料、无机人造石、陶瓷等应用企业联合成立铝灰回收公司。 这样既能达到废物的有效利用，又能节能减排，保护环境，降低企业的生产成本。阅读全文，我们了解了铝灰，知道了它的危害，知道了铝灰的回收价值和无害化处理。微小的铝灰对环境的污染不容忽视。经过高科技技术无害化处理后，回收资源的综合利用价值更是难以想象。